(新高考)高考生物二轮复习第1部分 专题突破 专题8 第1讲 基因工程和细胞工程(含解析)

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[课程标准] 1.概述基因工程的诞生。2.阐明基因工程的原理及技术。3.举例说明基因工程的应用。4.概述蛋白质工程的设计和改造。5.简述植物的组织培养。6.简述动物细胞培养和体细胞克隆。7.举例说出细胞融合与单克隆抗体。8.实验：DNA的粗提取和鉴定。9.实验：利用聚合酶链式反应(PCR)扩增DNA片段并完成电泳鉴定。
考点一 基因工程
1．基因工程中的4个“3”
(1)基因工程的3种基本工具
①限制性核酸内切酶：识别特定核苷酸序列，并在特定位点上切割DNA分子。
②DNA连接酶：a.E·cliDNA连接酶只能连接黏性末端；b.T4DNA连接酶能连接黏性末端和平末端。
③载体：需具备的条件包括：
a．能在宿主细胞内稳定存在并大量复制。
b．有一个至多个限制酶切割位点。
c．具有特殊的标记基因，以便对含目的基因的受体细胞进行筛选。
(2)获取目的基因的3条途径
①从基因文库中获取；②利用PCR技术扩增；③用化学方法直接人工合成。
(3)将目的基因导入受体细胞的3种类型
①植物：体细胞或受精卵——常用农杆菌转化法(双子叶植物和裸子植物)、花粉管通道法、基因枪法(单子叶植物)。
②动物：受精卵——显微注射技术。
③微生物：细菌(常用大肠杆菌)——感受态细胞法(钙离子处理法)。
(4)目的基因分子水平检测的3个层次
①检测目的基因是否插入到转基因生物的DNA上：DNA分子杂交技术。
②检测目的基因是否转录出了mRNA：分子杂交技术。
③检测目的基因是否翻译成蛋白质：抗原—抗体杂交技术。
2．PCR技术扩增
(1)原理：DNA双链复制。
(2)条件：模板DNA、引物、游离的dCTP、dATP、dGTP、dTTP、热稳定DNA聚合酶。
(3)过程eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(变性：加热至90～95 ℃，DNA解链, ↓,复性：冷却至55～60 ℃，引物与互补DNA链结合, ↓,延伸：加热至70～75 ℃，在热稳定DNA聚合酶, Taq酶作用下合成子链))
3．蛋白质工程
4．DNA的粗提取与鉴定
1．(2019·全国Ⅰ，38)基因工程中可以通过PCR技术扩增目的基因。回答下列问题：
(1)基因工程中所用的目的基因可以人工合成，也可以从基因文库中获得。基因文库包括____________________和______________。
(2)生物体细胞内的DNA复制开始时，解开DNA双链的酶是____________。在体外利用PCR技术扩增目的基因时，使反应体系中的模板DNA解链为单链的条件是________________。上述两个解链过程的共同点是破坏了DNA双链分子中的________。
(3)目前在PCR反应中使用Taq酶而不使用大肠杆菌DNA聚合酶的主要原因是_____________
_______________________________________________________________________________。
答案 (1)基因组文库 部分基因文库 (2)解旋酶 加热至90～95 ℃ 氢键 (3)Taq酶热稳定性高，而大肠杆菌DNA聚合酶在高温下会失活
解析 (1)基因文库包括基因组文库和cDNA文库。(2)生物体细胞内DNA复制开始时是利用解旋酶进行解旋的，而在体外利用PCR技术扩增目的基因时，则是通过加热至90～95 ℃进行解旋的，二者都破坏了DNA双链分子中的氢键。(3)在PCR反应中，要加热至90～95 ℃，所以使用热稳定性高的Taq酶，而不使用在高温下会失活的大肠杆菌DNA聚合酶。
归纳总结 (1)真核生物的cDNA文库与基因组文库
(2)胞内DNA复制与PCR技术的比较
2.(2018·全国Ⅱ，38)某种荧光蛋白(GFP)在紫外光或蓝光激发下会发出绿色荧光，这一特性可用于检测细胞中目的基因的表达。某科研团队将某种病毒的外壳蛋白(L1)基因连接在GFP基因的5′末端，获得了L1­GFP融合基因(简称为甲)，并将其插入质粒P0，构建了真核表达载体P1，其部分结构和酶切位点的示意图如下，图中E1～E4四种限制酶产生的黏性末端各不相同。
回答下列问题：
(1)据图推断，该团队在将甲插入质粒P0时，使用了两种限制酶，这两种酶是________。使用这两种酶进行酶切是为了保证________，也是为了保证_____________________________。
(2)将P1转入体外培养的牛皮肤细胞后，若在该细胞中观察到了绿色荧光，则说明L1基因在牛的皮肤细胞中完成了________和________过程。
(3)为了获得含有甲的牛，该团队需要做的工作包括：将能够产生绿色荧光细胞的____________移入牛的________中、体外培养、胚胎移植等。
(4)为了检测甲是否存在于克隆牛的不同组织细胞中，某同学用PCR方法进行鉴定，在鉴定时应分别以该牛不同组织细胞中的________(填“mRNA”“总RNA”或“核DNA”)作为PCR模板。
答案 (1)E1和E4 甲的完整 甲与载体正确连接 (2)转录 翻译 (3)细胞核 去核卵母细胞 (4)核DNA
解析 (1)由题意可知，L1基因和GFP基因合成了L1­GFP融合基因(简称为甲)，题图中显示了四个酶切位点，当将L1­GFP融合基因插入质粒P0时，可用E1和E4限制酶进行酶切，用这两种酶进行酶切不会破坏甲的完整性，同时能保证甲按照正确的方向与载体连接。
(2)若在牛皮肤细胞中观察到了绿色荧光，则说明L1­GFP融合基因得到表达，即目的基因在受体细胞中通过转录和翻译合成了荧光蛋白。
(3)为了获得含有甲的牛，可将含有目的基因的细胞的细胞核移入牛的去核卵母细胞中，然后进行体外培养、胚胎移植等。
(4)利用PCR技术扩增目的基因，可以检测目的基因是否存在。PCR扩增的模板是DNA。
方法技巧 限制酶的选择方法
(1)选择的限制酶的切点不能位于目的基因内部，当标记基因唯一时，也不能位于标记基因内部，否则会破坏目的基因或标记基因，上图中不能选择SmaⅠ。
(2)应选择切点位于目的基因两端的限制酶，同时质粒上也有其切点，如上图中可选择PstⅠ。
(3)为避免目的基因和质粒的自身环化和随意连接，也可使用不同的限制酶切割目的基因和质粒，如上图也可选择用PstⅠ和EcRⅠ两种限制酶。
1．(2020·山东省高三期末)血管内皮生长因子(VEGF)是在肿瘤细胞中通过表达，分泌到血液中的蛋白类生长因子，促进肿瘤血管的生成，进而为肿瘤组织生长提供足够的氧气和营养物质。
研究人员利用pVAX1质粒和VEGF基因构建了pVAX1—VEGF的DNA疫苗，为肿瘤免疫治疗奠定基础。回答下列问题：
(1)首先从人的肺癌细胞株A549中提取mRNA，通过________法获得VEGF基因。
(2)对获取的VEGF基因进行PCR扩增前，需要根据VEGF基因序列设计两种引物，其原因是_____________________________________________________________________________。为便于VEGF基因与质粒pVAX1连接，引物中要增加适当的____________________。扩增时，每个循环一般需要经过“变性、复性、延伸”三个过程，其中________过程的温度设定是扩增成败的关键。
(3)构建的pVAX1—VEGF上应含有特定的________(填“复制原点”“启动子”或“标记基因”)，它能被受体细胞的______________所识别，以便于催化转录过程。
(4)DNA疫苗制备简单，价格低廉，且免疫强度高，应答持久，但同时也可能存在着不可忽视的潜在危险。你认为可能存在的潜在危险是________________________________________
_______________________________________________________________________________。
答案 (1)反转录
(2)基因的两条反向平行的链都作为模板，其碱基序列不同 不同限制酶酶切位点 复性
(3)启动子 RNA聚合酶
(4)DNA疫苗注入体内后，可能整合到宿主基因组上，导致细胞发生变异，使细胞功能异常
解析 (1)通过提取mRNA获得VEGF基因的方法称为反转录法。
(2)基因的两条反向平行的链都作为模板，其碱基序列不同，故对目的基因进行PCR扩增前，需要根据目的基因序列设计两对引物。为便于VEGF基因与质粒pVAX1连接，引物中要增加适当的不同限制酶酶切位点，可以防止目的基因和质粒的自身环化和反接。
(3)构建的基因表达载体应含有特定的启动子，它能被受体细胞的RNA聚合酶所识别，以便于催化转录过程。
2．(2020·河北省邯郸一中高三月考)基因工程载体是DNA重组技术使用的基本工具。回答下列问题：
(1)大肠杆菌的质粒常被用来做基因工程中的载体，其主要优点是_______________(至少两项)。基因工程中常使用的载体除质粒外，还有_______________________________(至少两项)。
(2)在进行基因工程操作中，真正被用作载体的质粒都是在天然质粒的基础上进行人工改造过的。在构建基因表达载体时，通过人工改造，基因表达载体中除了含有目的基因外，还必须有________________________等。构建目的基因表达载体的目的一方面是使目的基因在受体细胞中________________，并遗传给下一代；另一方面，使目的基因能够________________，从而得到转基因产品或生物。
(3)利用乳腺生物反应器来生产基因工程药物时，与药用蛋白基因连在一起的是________________的启动子，这样才能使该目的基因在乳腺细胞中表达。
(4)农杆菌转化法常用的载体为____________，构建此表达载体时，要将目的基因插入到质粒的____________上，这样就能够通过农杆菌的转化作用使目的基因进入植物细胞并插入到染色体的DNA上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。
答案 (1)分子小，能自主复制，有标记基因，有一个至多个酶切位点 λ噬菌体的衍生物、动植物病毒
(2)启动子、终止子和标记基因 稳定存在 表达并发挥作用
(3)乳腺蛋白基因
(4)Ti质粒 T－DNA
解析 (1)基因工程中常使用的载体为质粒，质粒的优点有：分子小，分子上有一个至多个限制酶切割位点，供外源DNA片段插入，质粒可在细胞中进行自我复制，质粒DNA分子上有特殊的标记基因，供重组DNA的鉴定和选择；除质粒外，λ噬菌体的衍生物、动植物病毒也是常用的基因工程载体。
(2)构建的表达载体应包括启动子、终止子，以便驱动和停止转录，标记基因的作用是为了鉴别受体细胞中是否含有目的基因。构建目的基因表达载体后，通过复制原点，目的基因一方面在受体细胞中稳定存在，可以遗传给下一代；同时，在启动子的调控下，目的基因能够表达和发挥作用，从而得到转基因产品或生物。
(4)农杆菌转化法常用的载体为Ti质粒，它含有一段可转移的DNA，这段DNA可转移至受体细胞，并且整合到受体染色体的DNA上；构建基因表达载体时，将目的基因插入到质粒的T－DNA上，就能够使目的基因进入植物细胞并插入到染色体的DNA上，使目的基因的遗传特性得以稳定维持和表达。
3．如图所示为鸡血细胞中DNA的粗提取和鉴定实验过程中的部分操作示意图，请据图分析，回答下列问题：
(1)图示操作的正确顺序是________________(用图中序号与箭头表示)。
(2)在提取过程中使用不同浓度的NaCl溶液的目的是__________________。
(3)步骤A的目的是_________________，其依据原理是________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)向烧杯中加入________________试剂，________________后，如果出现________________，则证明最终提取到的物质的主要成分为DNA。
(5)实验室利用洋葱等植物样品提取DNA时，须先破碎细胞，此时需添加食盐和____________进行研磨，添加该物质的目的是________________。
(6)某学生试图用羊血代替鸡血进行实验，结果没有成功，其原因最可能是________________。
答案 (1)C→B→E→D→A (2)利用DNA在不同浓度的NaCl溶液中溶解度的不同，去除DNA溶液中的杂质
(3)析出并获得较纯净的DNA DNA不溶于酒精溶液，但细胞中的某些蛋白质则溶于酒精 (4)二苯胺 沸水浴加热 蓝色 (5)洗涤剂 溶解细胞膜 (6)羊血含DNA太少(或哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核)
解析 (3)步骤A的目的是利用DNA不溶于酒精的性质，除去细胞中溶于酒精的物质，得到较纯净的DNA。(4)滴加二苯胺试剂，在沸水浴加热后，如果出现蓝色，则证明最终提取到的物质的主要成分为DNA。(6)羊是哺乳动物，血液中成熟的红细胞没有细胞核和细胞器，因此几乎不含DNA，用羊血代替鸡血来进行该实验难以取得成功。
4．(2020·青岛实验高级中学高三月考)科学家发现将外源生长激素基因导入绵羊体内后，转基因绵羊的生长速率比普通绵羊提高30%，体型增大50%。回答下列问题：
(1)若要获得猪的生长激素基因，应从猪的________________内提取mRNA作为模板，不能从猪其他细胞提取mRNA的原因是_________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
以mRNA为模板，在________________酶的催化下合成cDNA，然后利用PCR技术在体外大量扩增生长激素基因，该技术消耗的原料是dCTP、dATP、dGTP、dTTP，而不是4种脱氧核苷酸，推测原因是_____________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)将生长激素基因导入绵羊的________________(细胞)之前，需要先构建________________。该过程用到的工具酶是________________________。
(3)为了检测获得的转基因绵羊中外源生长激素基因是否表达，在分子水平上，可采用的方法是________________________；在个体水平上，可以采用的鉴定方法是________________。
答案 (1)垂体细胞 生长激素只在垂体细胞中表达，在其他细胞中不表达 逆转录 这些物质除了能为反应提供原料，还能提供能量
(2)受精卵 基因表达载体 限制性核酸内切酶和DNA连接酶
(3)抗原—抗体杂交技术 测定转基因羊的体重和生长速率
解析 (1)生长激素只在垂体细胞中表达，在其他细胞中不表达，所以如果要获得猪的生长激素基因，应从猪的垂体细胞内提取mRNA作为模板，以mRNA为模板在逆转录酶的催化作用下合成cDNA，利用PCR技术大量扩增目的基因，根据ATP可以为细胞提供能量进行推测，采用的原料是dCTP、dATP、dGTP、dTTP，而不是4种脱氧核苷酸，原因是这些物质作用除了能为反应提供原料，还能提供能量。(3)基因的表达最终形成蛋白质，所以在分子水平上可以采用抗原—抗体杂交技术，在个体水平上测定转基因羊的体重和生长速率。
5．(2019·江苏，33)图1是某基因工程中构建重组质粒的过程示意图，载体质粒P0具有四环素抗性基因(tetr)和氨苄青霉素抗性基因(ampr)。请回答下列问题：
(1)EcR Ⅴ酶切位点为，EcR Ⅴ酶切出来的线性载体P1为________末端。
(2)用Taq酶进行PCR扩增获得的目的基因片段，其两端各自带有一个腺嘌呤脱氧核苷酸。载体P1用酶处理，在两端各添加了一个碱基为____________的脱氧核苷酸，形成P2；P2和目的基因片段在________酶作用下，形成重组质粒P3。
(3)为筛选出含有重组质粒P3的菌落，采用含有不同抗生素的平板进行筛选，得到A、B、C三类菌落，其生长情况如表(“＋”代表生长，“－”代表不生长)。根据表中结果判断，应选择的菌落是________(填表中字母)类，另外两类菌落质粒导入情况分别是______________、________________。
(4)为鉴定筛选出的菌落中是否含有正确插入目的基因的重组质粒，拟设计引物进行PCR鉴定。图2所示为甲、乙、丙3条引物在正确重组质粒中的相应位置，PCR鉴定时应选择的一对引物是________。某学生尝试用图中另外一对引物从某一菌落的质粒中扩增出了400 bp片段，原因是____________________。
答案 (1)平 (2)胸腺嘧啶(T) DNA连接 (3)B A类菌落含有P0 C类菌落未转入质粒 (4)乙、丙 目的基因反向连接
解析 (1)EcR Ⅴ酶切位点在酶所识别序列的中心轴线处，产生的是平末端。(2)DNA连接酶对平末端的连接效率较低，因此通常要将平末端改造成黏性末端后再进行连接。由于目的基因片段的两端各自带一个腺嘌呤脱氧核苷酸，根据碱基互补配对原则，处理后的质粒两端需要各添加一个碱基为胸腺嘧啶的脱氧核苷酸；要将处理后的质粒与目的基因连接起来，需要用DNA连接酶。(3)由于四环素抗性基因中含有EcR Ⅴ酶识别的序列及切割位点，所以形成的重组质粒中四环素抗性基因已经被破坏，而氨苄青霉素抗性基因正常。根据表中结果可知，A菌落抗氨苄青霉素和四环素，说明A菌落中导入的是P0质粒；B菌落抗氨苄青霉素而不抗四环素，说明B菌落中导入的是重组质粒；C菌落既不抗氨苄青霉素，也不抗四环素，说明C菌落中没有导入质粒。(4)由于处理后的P0质粒的两个末端都含一个胸腺嘧啶的脱氧核苷酸，而目的基因片段的两端各自带一个腺嘌呤脱氧核苷酸，所以目的基因在和处理后的P0质粒连接时可能会出现两种情况：正向连接和反向连接。分析图2可知，理论上可以选择的引物组合有甲和丙、乙和丙两种情况。如果选择甲和丙这对引物，则无论目的基因是否正确插入，扩增的片段都是50 bp＋300 bp＋100 bp＝450 bp，不符合要求；如果选择乙和丙这对引物，正向连接和反向连接后所得结果不同，所以应选择乙和丙这对引物进行PCR鉴定。如果目的基因和处理后的P0质粒反向连接，则引物乙会出现在重组质粒的外侧，此时若加入引物甲和乙，则可以扩增出300 bp＋100 bp＝400 bp的片段。
考点二 细胞工程
1．细胞工程技术的原理
(1)植物组织培养：细胞的全能性。
(2)植物体细胞杂交：细胞的全能性、细胞膜的流动性。
(3)动物细胞培养：细胞增殖。
(4)动物体细胞核移植及克隆：动物细胞核的全能性。
(5)动物细胞融合：细胞膜的流动性。
(6)单克隆抗体的制备：细胞膜的流动性、细胞增殖。
2．植物细胞工程两大技术
(1)植物组织培养
①培养基的组成：大量元素、微量元素、有机物、蔗糖及植物激素、琼脂等。添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压。
②若生产人工种子，则培养到胚状体阶段；若提取细胞产物，则一般培养到愈伤组织阶段；若培育新个体，则应培养到试管苗阶段。
(2)植物体细胞杂交的关键
①酶解法——用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。
②促融剂——常用聚乙二醇。
③杂种细胞的形成标志——新细胞壁的形成。
④培养杂种植株的技术——植物组织培养。
⑤杂种植株培育成功的原理——离体的植物细胞具有全能性。
(3)植物体细胞杂交
①植物细胞A和植物细胞B杂交获得的杂种细胞的类型有三种(只考虑细胞的两两融合)：AA型、BB型、AB型，符合要求的只有AB型，需要进行筛选。
②杂种植株遗传物质的变化：杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，属于异源多倍体。杂种植株的变异类型属于染色体变异。
3．克隆动物的培育
(1)所需技术手段：动物细胞培养、动物细胞融合、早期胚胎培养和胚胎移植等。
(2)克隆动物遗传物质的来源：绝大部分来自供体细胞核，少部分来自卵母细胞的细胞质。
4．单克隆抗体的制备
1．(2019·全国Ⅲ，38)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。
eq \x(切取洁净的胡萝卜根段)→eq \x(对根段进行消毒)→eq \x(切取1 cm3左右带有形成层的组织块)―→
① ② ③
eq \x(接种组织块)→eq \x(诱导组织块形成愈伤组织)→eq \x(诱导愈伤组织形成试管苗)
④ ⑤ ⑥
回答下列问题：
(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有______________________。
(2)步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是_____________________________________
_______________________________________________________________________________。
(3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是__________________________________
_______________________________________________________________________________。
在新的培养基上愈伤组织通过细胞的________过程，最终可形成试管苗。
(4)步骤⑥要进行照光培养，其作用是_______________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的____________，这种繁殖方式属于________繁殖。
答案 (1)全能性(或形成完整植株所需的全部基因) (2)形成层容易诱导形成愈伤组织 (3)诱导愈伤组织形成和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同 分化(或再分化) (4)诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用 (5)遗传特性 无性
解析 (3)决定植物细胞脱分化和再分化的关键因素是植物激素的种类和比例，步骤⑤(诱导组织块形成愈伤组织)和步骤⑥(诱导愈伤组织形成试管苗)所需的生长素和细胞分裂素的比例不同，故从步骤⑤到步骤⑥需更换培养基。愈伤组织通过细胞的再分化过程形成试管苗。(4)步骤⑥需要照光培养，其作用是诱导叶绿素的形成，使试管苗能够进行光合作用。(5)植物组织培养没有经过两性生殖细胞的结合，因此属于无性繁殖，组织培养得到的植株保持了原品种的遗传特性。
归纳总结 植物组织培养中植物激素的应用
2.(2020·全国Ⅰ，38)为研制抗病毒A的单克隆抗体，某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。
回答下列问题：
(1)上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A，该处理的目的是____________________________。
(2)写出以小鼠甲的脾脏为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤：_______________________
_______________________________________________________________________________。
(3)为了得到能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞，需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于______________，使用该培养基进行细胞培养的结果是____________________。图中筛选2含多次筛选，筛选所依据的基本原理是____________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖，可采用的方法有__________
________________________________________________________________(答出2点即可)。
答案 (1)诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞
(2)取小鼠甲脾脏剪碎，用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞，加入培养液制成单细胞悬液
(3)选择培养基 只有杂交瘤细胞能够生存 抗原与抗体的反应具有特异性
(4)将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖；将杂交瘤细胞在体外培养
解析 (1)利用小鼠甲制备单克隆抗体时，先要给小鼠甲注射相应的抗原，目的是获得经免疫的、能产生相应抗体的B淋巴细胞。(2)利用小鼠甲的脾脏制备单细胞悬液的主要步骤是①取小鼠甲的脾脏并剪碎；②用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞；③利用培养液将分散的细胞制成细胞悬液。(3)为了得到所需要的杂交瘤细胞，在细胞培养过程中要进行筛选。第一次筛选(筛选1)是利用选择培养基进行筛选，在选择培养基上只有融合的杂种细胞才能生长，未融合的、同种细胞融合的细胞都不能存活。后续过程还需要利用抗原与抗体的反应具有特异性的原理进行多次筛选(筛选2)，目的是得到能产生所需要的抗体并能无限增殖的杂交瘤细胞。(4)若要将得到的杂交瘤细胞进行大量培养，可以在体外条件下进行大规模培养或将其注射到小鼠腹腔内增殖。
思维延伸 制备单克隆抗体的原理和过程分析：
(1)3种细胞特点不同
①B淋巴细胞：能____________，不能____________。
②骨髓瘤细胞：能____________，不能____________。
③杂交瘤细胞：既能____________，又能____________。
(2)2轮筛选目的不同
①第1轮：_______________________________________________。
②第2轮：________________________________________________。
答案 (1)①分泌抗体 大量增殖 ②大量增殖 分泌抗体 ③分泌抗体 大量增殖 (2)①获得能分泌抗体的杂交瘤细胞 ②获得能分泌所需特异性抗体的杂交瘤细胞
1．(2019·全国Ⅱ，38)植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下列问题：
(1)植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比，这种微型繁殖技术的特点有____________________________________________________________(答出2点即可)。
(2)通过组织培养技术，可把植物组织细胞培养成胚状体，再通过人工种皮(人工薄膜)包装得到人工种子(如图所示)，这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具备透气性的作用是____________________________。人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质，因此应含有植物激素、____________和______________等几类物质。
(3)用脱毒苗进行繁殖，可以减少作物感染病毒。为了获得脱毒苗，可以选取植物的________进行组织培养。
(4)植物组织培养技术可与基因工程技术相结合获得转基因植株。将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是__________________________________________________(用流程图表示)。
答案 (1)能保持植物原有的遗传特性；繁殖速度快 (2)有利于胚状体进行呼吸作用 矿质元素 糖
(3)茎尖 (4)含目的基因的细胞eq \(――→,\s\up7(脱分化))愈伤组织eq \(―――→,\s\up7(诱导分化))小植株
解析 (1)与常规的种子繁殖方法相比，植物微型繁殖技术具有能保持植物原有的遗传特性、繁殖速度快等特点。(2)人工种皮具有透气性，有利于胚状体进行呼吸作用；人工胚乳能够为胚状体生长提供植物激素、矿质元素和糖等物质。(3)植物分生区附近的病毒极少，甚至无病毒。为获得脱毒苗，可以选取植物的茎尖进行组织培养。(4)将含有目的基因的细胞培养成一个完整植株的基本程序是含目的基因的细胞eq \(――→,\s\up7(脱分化))愈伤组织eq \(―――→,\s\up7(诱导分化))小植株。
2．红豆杉因其次生代谢产物紫杉醇对癌症的显著治疗效果而备受关注。为了获得紫杉醇，可以先用植物外植体获得愈伤组织，然后在生物反应器中悬浮培养。请回答下列问题：
(1)以该植物的幼茎、树皮、针叶作为外植体，在一定条件下进行组织培养，均能获得试管苗，其原理是________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
研究发现，用幼嫩茎段比成年老枝更易产生愈伤组织，且时间早，诱导率高，原因是幼嫩茎段细胞分化程度较________(填“低”或“高”)。
(2)与从红豆杉树皮中直接提取相比，先通过茎段组织培养获得愈伤组织细胞，然后悬浮培养生产紫杉醇的优点是______________________________________________。
(3)二倍体愈伤组织细胞经________________处理，会产生染色体数目加倍的细胞。
(4)不同有机溶剂及其组合作为浸提溶剂对紫杉醇得率的影响如图所示。
注：1.甲醇；2.乙醇；3.丙酮；4.二氯甲烷；5.乙酸乙酯；6.甲醇＋乙醇；7.甲醇＋丙酮；8.甲醇＋二氯甲烷；9.甲醇＋乙酸乙酯；10.乙醇＋丙酮；11.乙醇＋二氯甲烷；12.乙醇＋乙酸乙酯；13.丙酮＋二氯甲烷；14.丙酮＋乙酸乙酯；15.二氯甲烷＋乙酸乙酯。
从溶剂单独和混合提取效果的角度分析，可得出的结论有单一溶剂作为提取紫杉醇的浸提溶剂时，________的提取效果最佳；溶剂混合浸提时，________________作为浸提溶剂提取紫杉醇效果最好。
答案 (1)幼茎、树皮、针叶的细胞都具有全能性，在一定条件下能发育成完整的植株 低
(2)可以在生物反应器中大规模培养细胞，并且通过控制培养条件使培养细胞合成大量紫杉醇
(3)秋水仙素(或低温)
(4)甲醇 乙醇＋二氯甲烷
解析 (1)以该植物的幼茎、树皮、针叶作为外植体，在一定条件下进行组织培养，均能获得试管苗，用到的技术为植物组织培养，其原理是幼茎、树皮、针叶的细胞都具有全能性，在一定条件下能发育成完整的植株。研究发现，用幼嫩茎段比成年老枝更易产生愈伤组织，且时间早，诱导率高，原因是幼嫩茎段细胞分化程度较低。
(3)二倍体愈伤组织细胞经秋水仙素(或低温)处理，抑制有丝分裂前期纺锤体的形成，会产生染色体加倍的细胞。
(4)分析柱形图1～5组，可知单一溶剂作为提取紫杉醇的浸提溶剂时，甲醇的提取效果最佳；分析柱形图6～15组，溶剂混合浸提时，乙醇＋二氯甲烷作为浸提溶剂提取紫杉醇效果最好。
3．(2020·北京高三月考)EV71是引发手足口病的一种人肠道病毒。为制备抗EV71的单克隆抗体，科研人员用小鼠进行实验。回答下列问题：
(1)将EV71灭活病毒、EV71外壳蛋白VP1和VP2作为______________分别注射到3组小鼠体内，引发小鼠机体的____________免疫，产生相应的抗体。
(2)多次免疫后，分别取上述3组小鼠的血清和未免疫小鼠血清，测定抗体与抗原的结合强度，结果如图所示。
①EV71免疫的小鼠血清抗体________(填“是”或“不是”)单一抗体，判断依据是_______。
②测定各组小鼠血清与非EV71蛋白结合强度，目的是排除______________________的影响。
③制备抗EV71单克隆抗体时，选用________免疫的小鼠脾脏细胞效果最佳，依据是______________________________________。
(3)取相应免疫组小鼠的脾脏，剪碎并用________酶处理得到小鼠脾脏细胞，用灭活的病毒诱导，与________细胞融合，筛选获得5个不同的杂交瘤细胞株。
(4)为进一步研究抗体的作用效果，科研人员培养上述杂交瘤细胞株，获得5种单克隆抗体，分别将它们与等量EV71混合，加入到5组RD细胞(EV71的宿主细胞)中，测定____________，以分析抗体的作用效果。
答案 (1)抗原 体液
(2)①不是 EV71免疫的小鼠血清可以结合EV71、VP1和VP2多种抗原 ②抗体与其他蛋白的非特异性结合对实验结果 ③VP1 第2组血清抗体可以结合EV71病毒(和VP1蛋白)，第3组血清抗体无法特异性结合EV71病毒，仅能结合VP2
(3)胰蛋白(或胶原蛋白) 骨髓瘤
(4)RD细胞对EV71的感染率
4．(2020·广西壮族自治区柳州高级中学高三月考)细胞融合技术有着广泛应用。如图为细胞融合的简略过程，据图回答相关问题：
(1)若a、b分别是基因型为yyRr和YYrr两个玉米品种的花粉，且这两对基因分别位于两对同源染色体上。科学家分别将它们的花粉除去细胞壁，然后诱导其融合，再把这些融合细胞进行培养，培育出了玉米新品种。这两个品种的花粉可用化学诱导剂______________诱导融合，这些融合细胞经过脱分化形成______________，再经后续必要的操作就可以得到不同于亲本表现型的玉米新品种。
(2)若a、b表示番茄和马铃薯两种植物的体细胞，则：
①在获得“番茄—马铃薯”杂种细胞的过程中，运用了植物细胞工程中的________________技术，该技术完成的标志是________________________。
②a、b细胞融合之前，要用到的酶是________________，处理后得到____________。
(3)若a、b分别为骨髓瘤细胞和已免疫的B淋巴细胞。为了能充分发挥上述两种细胞各自的特点，经特殊处理，在促细胞融合因子的作用下，使两种细胞发生融合，形成图中的d细胞，d细胞的特点是____________________________。由d细胞产生的抗体与普通血清抗体相比较，具有________________等特点。
答案 (1)聚乙二醇(或PEG) 愈伤组织
(2)①植物体细胞杂交 杂种细胞再生出细胞壁 ②纤维素酶和果胶酶 原生质体
(3)既能迅速大量繁殖，又能产生专一的抗体 特异性强、灵敏度高、并可大量制备
5．人类在预防与诊疗传染性疾病的过程中经常使用疫苗和抗体。已知某传染性疾病的病原体为RNA病毒，该病毒表面的A蛋白为主要抗原。该传染性疾病疫苗的生产和抗体的制备流程如下图所示。请回答下列问题：
(1)完成过程①除了需要在适宜的温度条件下，还需要的物质有_____________________。过程③构建A基因重组载体时，目的基因的尾端必须含有终止子，它的作用是_______________。
(2)在给小鼠皮下注射A蛋白时，要反复注射几次的目的是______________________。
(3)过程⑦常用的人工诱导方法除了物理方法和化学方法之外，还可采用__________________诱导细胞融合。
(4)经细胞融合得到的杂种细胞需要进行__________________才可得到杂交瘤细胞，即X。在将X进行扩大培养之前，还需要进行__________________。
(5)该实验操作过程中用到的技术有_________________________________________________
______________________________________________________________________(写出3种)。
答案 (1)逆转录酶、四种脱氧核苷酸、ATP、模板等 使目的基因的转录停止 (2)通过二次免疫，增加小鼠体内浆细胞的数量(产生足够量的浆细胞) (3)灭活的病毒
(4)选择性培养 抗体检测 (5)基因工程技术、动物细胞融合技术、动物细胞培养技术
解析 (1)题图中①表示反转录，需要以病毒的RNA为模板、四种脱氧核苷酸为原料，还需要逆转录酶的催化，并消耗能量(ATP)；基因表达载体中，终止子的作用是使目的基因的转录停止。(2)在给小鼠皮下注射A蛋白时，要反复注射几次，以增加小鼠体内浆细胞的数量。(3)⑦是诱导动物细胞融合的过程，常用灭活的病毒作为诱导剂，也可以用物理方法或化学方法。(4)细胞融合获得的融合细胞有三种，需要经过筛选(选择性培养)才能获得杂交瘤细胞；在对杂交瘤细胞进行扩大培养之前还需要对其进行抗体检测，以确定其为可以产生特异性抗体的杂交瘤细胞。(5)据题图分析可知，该过程涉及的生物技术有基因工程技术、动物细胞融合技术、动物细胞培养技术。
6．(2020·广东省六校联盟高三联考)2019年中国科学院神经科学研究所利用CRISPR－Cas9基因编辑技术，成功构建了世界首例核心节律基因BMAL1敲除猕猴模型，并成功用基因敲除猴的体细胞通过克隆技术培育了5只克隆疾病猴，为节律紊乱相关疾病机理的研究提供了比较理想的动物模型。CRISPR－Cas9基因编辑系统由单链向导RNA(sgRNA)和Cas9蛋白组成。回答下列问题：
(1)在体外培养猕猴体细胞时，需要一定比例的O2和CO2，故通常采用________或________(填实验器材)，将其置于CO2培养箱中进行培养。所使用的培养基属于________(填“合成”或“天然”)培养基，培养基除了灭菌外，还需要通过______________来保证无菌无毒环境。
(2)进行体细胞克隆选择去核卵母细胞作为受体细胞，可能原因是________________________
_____________________________________________________________________(答出两点)。
(3)克隆猴被用于人类疾病研究与治疗中所具有的突出优点是___________________________
____________________________________________________________________。(答出一点)
答案 (1)培养皿 培养瓶 合成 添加一定量的抗生素并定期更换培养液 (2)去核卵母细胞的体积较大，易于进行实验操作；含有较多的营养物质，可以满足早期胚胎发育的需要；含有使已经分化的细胞核恢复分裂能力的物质 (3)亲缘关系近；克隆动物能减少个体差异的影响文库类型
cDNA文库
基因组文库
基因中启动子和内含子
无
有
文库大小
小
大
基因多少
某种生物的部分基因
某种生物的全部基因
物种间的基因交流
可以
部分基因可以
比较项目
胞内DNA复制
PCR技术
解旋
解旋酶，边解旋边复制
变性
酶
解旋酶，DNA聚合酶
热稳定DNA聚合酶
模板
DNA母链
DNA母链
能量＋原料
dCTP、dATP、dGTP、dTTP
dCTP、dATP、dGTP、dTTP
温度
最适温度
3个不同温度(90～95 ℃，55～60 ℃，70～75 ℃)
缓冲液
Mg2＋，缓冲对
Mg2＋，缓冲对
子链合成
半保留复制，但不连续复制
连续复制
菌落类型
平板类型
A
B
C
无抗生素
＋
＋
＋
氨苄青霉素
＋
＋
－
四环素
＋
－
－
氨苄青霉素＋四环素
＋
－
－
生长素与细胞分裂素的比值
作用效果
高
促进根分化、抑制芽形成
低
促进芽分化、抑制根形成
适中
促进愈伤组织形成